חלק 1 Heme Oxygenase 1: מתווך הגנתי במחלות כליה

חלק 1

אן גרוננוולד¹, לובקה ט רומנינה¹ומארי פרימת ^2,3,*

תַקצִיר:השכיחות שלכִּליָההמחלה עולה, מהווה נטל משמעותי על מערכת הבריאות והופכת את הזיהוי של יעדים טיפוליים חדשים לדחוף יותר ויותר. מערכת Heme oxygenase (HO) מבצעת תפקיד חשוב בוויסות של עקה חמצונית ודלקת, ובאמצעות מנגנונים אלה, נחשבת למלאת תפקיד במניעת פציעות לא ספציפיות בעקבות אי ספיקת כליות חריפה או כתוצאה ממחלת כליות כרונית. הביטוי של HO-1 ניתן לשררה מאוד על ידי מגוון רחב של גירויים ב-כִּליָה, כתוצאה מתפקיד הסינון של הכליה, כלומר HO-1 חשוף למגוון רחב של מולקולות אנדוגניות ואקסוגניות, והוכח שהוא מגן במגוון מודלים של בעלי חיים נוירופתולוגיים. מעניין שההשפעה החיובית של HO-1 מתרחשת הן במחלות הנשלטות על המוליזה והן ברבדומיוליזה, שבהןכִּליָהחשוף בהרחבה להמה (גורם HO-1 עיקרי), כמו גם במחלות שאינן תלויות בהמה כגון יתר לחץ דם, נפרופתיה סוכרתית או התקדמות למחלת כליות סופנית. זה מדגיש את המורכבות של הפונקציות של HO-1, אשר מומחשת גם על ידי העובדה שלמרות שפע הנתונים הפרה-קליניים, אף תרופה המיועדת ל-HO-1 לא תורגמה עד כה לשימוש קליני. מטרת סקירה זו היא להעריך את הידע העדכני המתייחס לתפקידו של HO-1 בכליה והעניין הפוטנציאלי שלה כסוכן להגנת כליות. הפתחים הטיפוליים הפוטנציאליים יוצגו, במיוחד באמצעות זיהוי ניסויים קליניים המכוונים לאנזים זה או למוצריו.

מילות מפתח:hem-oxygenase-1; heme;כִּליָה; המוליזה; רבדומיוליזה; רַעֲלָנוּת; איסכמיה-פרפוזיה חוזרת

איש קשר:ali.ma@wecistanche.com

תועלת תמצית Cistanche למחלת כליות, לחץ כאן כדי לקבל את הדוגמה

1. הקדמה

מספר האנשים ברחבי העולם עם כרוניכִּליָהמחלה (CKD), פגיעה בכליות חריפה (AKI), או צורך בטיפול חלופי כליות עולה על 850 מיליון [1]. השכיחות החזויה היא סיבה לדאגה, כאשר CKD צפוי להפוך לגורם המוות החמישי בעולם עד 2040 [2]. זה מקובל בדרך כללכִּליָהמחלות מהוות בעיה משמעותית של בריאות הציבור וכי יש צורך דחוף בגישה רב-מודאלית לבלימת התפתחות משוערת זו [3]. חשיבות מרכזית היא זיהוי מטרות טיפוליות חדשות, הן כדי להגביל את ההשפעה של אירועים כלייתיים חריפים והן כדי לשפר תוצאות גרועות ב-CKD, על פני מגוון האטיולוגיות הבסיסיות. מספר מועמדים להגנה על כליות נבדקים כעת [4,5]. מערכת Heme oxygenase (HO) היא אחת המטרות שניתן להשתמש בהן כדי להגן על מבני כליות מפני נזקים הנגרמים מלחץ חמצוני, הגבלת דלקת וכתוצאה מכך מואצת ההזדקנות.

HO התגלה בשנת 1968 על ידי Tenhunen ועמיתיו, שתיארו לראשונה את יכולתו לזרז את פירוק ההמה (Fe-protoporphyrin IX) לברזל חופשי, פחמן חד חמצני (CO) וביליוורדין, אשר הופך במהירות לבילירובין [6]. שתי איזופורמות עיקריות של HO תוארו: HO-1 מושרה ו-HO-2 מכונן. בתחילה רק נחשבה למערכת מיחזור של heme מתאי דם אדומים מיושנים, מאז יוחסו ל-HO מספר תכונות ציטו-פרוקטטיביות באמצעות המטבוליטים שלו ואיתות במורד הזרם, מה שמרחיב את ההגדרה שלו מזו של "כדור הריסה מולקולרי" לטריגר "מהפנט" של אירועים סלולריים, אם לצטט את Maines et al. [7]

מונע על ידי יכולות נוגדות החמצון והאנטי דלקתיות הפוטנציאליות שלו, HO-1 הוא נושא לעניין גובר בתפקידו בפתולוגיות אנושיות שונות. בין האיברים שנחקרו, הכליה הודגשה לעתים קרובות במהלך 30 השנים האחרונות, בעיקר באמצעות זיהוי תפקידו של HO -1 במחלות כליות, מטבוליות וכלי דם שונות בעלות אופי אקוטי וכרוני כאחד [8-11] ]. HO-1 חיוני ליעילותכִּליָהתפקוד, כפי שהודגם על ידי נזק לכליות בבני אדם עם מחסור ב-HO-1 ועל ידי מחקרים רבים בבעלי חיים (המתואר להלן). הכליותפונקציות פיזיולוגיות משפיעות באופן ספציפי על ויסות HO-1. ואכן, רקמת הכליה רגישה מאוד להיפוקסיה [12], המניע העיקרי של ביטוי HO-1, וחשופה במיוחד למולקולות רעילות בגלל תפקודי הסינון והספיגה מחדש שלה. הייחודיות הזו של איבר "ניקוי רעלים", המשותף עם הכבד, פירושה שהכליה חשופה מאוד לדפוסים מולקולריים הקשורים לנזק (DAMPs) ולמתווכי מתח. מעניין, הכִּליָהבעל יכולת לסינתזה של אלבומין, חלבון אלפא והפטוגלובין תחת נזק איסכמי או רעיל, המדגיש את ההקבלה עם הכבד [13,14]. תאי הכליה, לפיכך, דורשים אסטרטגיות הסתגלות כדי לשמר את התפקודים והשלמות שלהם בסביבה כה קשה. הכליה היא אתר מרכזי של חשיפה להם במקרה של המוליזה חוץ-וסקולרית או רבדומיוליזה, ומכאן גם להשראה של ביטוי HO-1. בתנאים אלה, ביטוי יתר של HO-1 מוסבר בקלות על ידי הצורך לקטבול את עומס ההמה החופשי. עם זאת, המעורבות של HO-1 במחלות כליה חורגת מהמסגרת של מחלות הקשורות להם, מה שממחיש את המורכבות של מנגנוני הפעולה שלה שמתרחבים מעבר לקטבוליזם של heme בלבד [15].

מטרת סקירה זו היא לסכם את הכמות הגדולה של נתונים ניסויים וקליניים המתארים את החשיבות של HO-1 ב-כִּליָה, מבלי לשכוח שגם HO-2 הוא משמעותי: מתבטא באופן מכונן בכליה בתנאים הומיאוסטטיים, הוא נמצא בקו ההגנה הראשון מפני איסכמיה ועלבונות אחרים, והשפעותיו הציטו-פרוטקטיביות הכליות הוכחו בחלבון heme- ו AKI המושרה על ידי איסכמיה [16]. לעומת זאת, בהשוואה לספרות על HO-1, ישנם מעט מאוד מחקרים הבודקים את המשמעות התפקודית של HO-2 במחלות כליה; לכן, סקירה זו תתמקד ב-HO-1. לאחר היכרות כללית עם המאפיינים של HO-1 בכליה, נתאר את תפקידו של אנזים זה באוכלוסיות שונות של תאי כליה ובמחלות כליה. בהתחשב בתפקידו העיקרי של מיחזור heme, אנו ניגש למצבים פתולוגיים אלו לפי האם יש שחרור מסיבי של heme חופשי. לבסוף, יוצגו יישומים קליניים עדכניים, שיחשפו את הפער בין שפע הנתונים הניסויים הזמינים לבין המיעוט היחסי של יישומים טיפוליים.

2. על Heme Oxygenase-1 בכליות

2.1. מדוע HO-1 חשוב במיוחד עבור הכליה?

במהלך העשורים האחרונים, תפקיד המפתח של מערכת HO-1 בפתופיזיולוגיה שלכִּליָהמחלות נתמכו על ידי מספר מחקרים. בשני המטופלים הסובלים ממחסור ב-HO-1- שדווחו עדכניים, הכליה הייתה בין האיברים הפגועים. לשני החולים היו המטוריה ופרוטינוריה.כִּליָהביופסיות גילו שגשוג מוגבר ועיבוי מוקדי של הלולאות הנימים על ידי מיקרוסקופ אור, וניתוק אנדותל בנימי הגלומרולרי על ידי מיקרוסקופ אלקטרונים [17,18]. פציעות כליות היו נוכחות גם בשני מודלים של בעלי חיים שנפסלו עבור HMOX1, עם כמה הבדלים ניכרים בין העכבר [19] ומודל החולדות [20]. בעכברי Hmox1-/-, חוסר תפקודי heme oxygenase היה אחראי לרגישות מוגברת ללחץ חמצוני [19], ירידה בהמופגוציטוזיס של תאי דם אדומים מזדקנים על ידי מקרופאגים של רקמות, המוליזה מוגברת ופיזור מחדש של ברזל מהטחול והכבד. מקרופאגים להפטוציטים ותאי אבובות פרוקסימליות של הכליה [21]. באופן דומה, חולדות Hmox1-/- הפגינו אנמיה, טחול והסתגלות דלקתיות אינטרסטיציאליות בולטות וצלקות פיברוזיס בכליות שלהן. בעוד שנגעים גלומרולריים היו אנקדוטליים במודל העכבר, Atsaves et al. מצאה עלייה במטריקס המזנגיאלי ובנגעי גלומרולוסקלרוזיס מוקדיים וסגמנטליים בחולדות Hmox1-/-. ממצאים מורפולוגיים אלו היו קשורים לעלייה בחנקן אוריאה בדם, קריאטינין בסרום ואלבומינוריה, אך באופן מעניין לא הייתה עלייה במשקעי ברזל בגלומרולי, בצינוריות או באינטרסטיטיום [20].

נזק כלייתי ספונטני במודלים של בני אדם ובעלי חיים שנפסלו עבור HMOX מצביע על כך ש-HO-1 חשוב לתפקוד כלייתי יעיל. התפקיד המגן על הכליות של אנזים זה אושר במספר מודלים של אתגר כליות במצבי אי תוקף/עיכוב HO-1 או ביטוי יתר [22]. עם זאת, ההבדלים ההיסטולוגיים שצוטטו לעיל ממחישים את הקשיים בהעברת תוצאות ממין אחד לאחר. הבדלים בוויסות של HO-1 בין בני אדם לעכברים מתוארים היטב, מה שמניע את היצירה של עכברים מהונדסים מסוג hHO-1 BAC אנושיים [23]. במודל זה, HO-1 מבוטא יתר על המידה, ולא ידוע אם ביטוי הרקע הגבוה הזה עלול לטשטש נזק עדין לאורך תקופות זמן ארוכות, או אפילו להשפיע לרעה בעצמו.

הבנה טובה יותר של אופן הפעולה של HO-1 ב-כִּליָה, וכיצד הביטוי או הפונקציה שלו נשלטים, חיוני להבנתנוכִּליָהפיזיולוגיה ופתולוגיה אבל חשוב (כמו תמיד) לזכור את הגבולות של כל מחקר בפרשנותו ובתרגום שלו: ננסה לשמור על נקודת מבט ביקורתית זו לאורך סקירה זו.

2.2. ויסות ביטוי HO-1 בכליות

חלבון HO-1 נמצא בכל מקום, מעוגן בממברנה של הרשת האנדופלזמית וממוקם גם בגרעיני המיטוכונדריה ובקאולין, בעוד שהגן HO-1 (HMOX1), המקודד ל-HO-1, ממוקם על כרומוזום 22. גירויים רבים יכולים לווסת את השעתוק של HMOX1, ולשקף את הספקטרום הרחב של מוטיבים קושרי DNA בתוך המקדם שלו ואת המספר הגדול של מסלולי איתות המובילים לשעתוק שלו. הרגולטור העיקרי של הגן HMOX1 הוא גורם אריתרואידי גרעיני 2 (Nrf2), שהפעלתו תלויה באינטראקציה שלו עם חלבון מסוג Kelch, הקשור ל-ECH (Keap1). האינטראקציה של Keap–Nrf2 מקדמת את ההשפלה של Nrf2 (מצב בריא), בעוד שחוסר יציבות של קומפלקס זה משחרר את Nrf2 אשר עובר לגרעין ומגביר גנים מסוימים, כולל HO-1 (מצב דחוס). ישנם מפעילים או מדכאים רבים אחרים של HO-1 היוצרים רשת ביו-מולקולרית מורכבת (מפורט בסקירות קודמות [7,10]). פרטים על אלה הם מעבר להיקף של סקירה זו ואנו נתמקד כאן במאפיינים הכלייתיים-ספציפיים של ביטוי HO-1.

בתוך הכִּליָה, רמות חלבון HO-1 אינן ניתנות לזיהוי בתנאים הומאוסטטיים, למעט בצינוריות שבהן היא בכל זאת נשארת נמוכה [24]. ידוע שמצבי לחץ רבים מסדירים את התעתוק הכליות HO-1, כולל עקה חמצונית, הלם חום, היפוקסיה, מתכות כבדות ורעלים (נסקרו ב- Bolisetty et al. [8]). בתנאים אלה, ביטוי HO-1 נשאר הטרוגני בין תאים הכלייתיים השונים. הכליה מורכבת משני אזורים עיקריים: קליפת הפלט והמדולה באזור הפנימי ביותר. המדולה מכילה את רוב אורך הנפרונים, המרכיבים התפקודיים של הכליה המסננים נוזלים מהדם. קליפת הכליה כוללת את הגלומרולי, אותן "קווצות" של נימים שבהם פלזמה מסוננת דרך קרום הבסיס הגלומרולרי. הנוזל המסונן לאחר מכן זורם לאורך הצינורית הפרוקסימלית המפותלת אל הלולאה של הנלה, ולאחר מכן אל הצינורית הדיסטלית המפותלת ותעלות האיסוף, המתנקזות אל השופכן (איור 1). סינון גלומרולרי וספיגה מחדש של מומסים (שני התפקידים העיקריים של הכליה) נתמכים על ידי זרימת הדם הכלייתית, שהיא מהגבוהות בגוף, כאשר הכליות מקבלות כ-20 עד 25 אחוז מתפוקת הלב. בהשוואה לקורטקס, זרימת הדם למדולה הכלייתית נמוכה יחסית. הפער הזה נדרש כדי לאפשר מנגנון יעיל של ריכוז שתן וגם מסביר את הרגישות המיוחדת של המדולה לירידה בזרימת הדם. בתנאי לחץ, HO-1 מתבטא אפוא יותר במדולה מאשר בקורטקס [25]. הביטוי שלו חזק מאוד בצינוריות (במיוחד צינוריות פרוקסימליות), אך מינימלי או נעדר בגלומרולי, כפי שמודגם באיור 2 הן בחולים המוליטים והן בעכברים שהוזרקו להם. עם זאת, הוכח שאינדוקציה קודמת של HO-1 בתוך הגלומרולי מנעה התפתחות שלאחר מכן של גלומרולונפריטיס נפרוטוקסית במודל של חולדה לואיס, אך היצרן העיקרי של HO-1 בגלומרולי היה המקרופאגים המסתננים, לא התאים הגלומרולריים הפנימיים [26]. יכולת נמוכה יותר זו של גלומרולי לבטא HO-1, שהיא מנגנון cytoprotective מפתח, יכולה להסביר את הרגישות המיוחדת של גלומרולי לגורמי לחץ בפתולוגיות מסוימות [27].

יחד, נתונים אלה מראים שרמות HO-1 בדרך כלל אינן ניתנות לזיהוי ב-כִּליָהאבל HO-1 ניתנת להשררה מאוד בצינוריות במהלך פתולוגיות, בעיקר באמצעות גורם התעתיק העיקרי Nrf2. עם זאת, היכולת של גלומרולי לגרום ל-HO-1 נמוכה יותר.

2.3. HO-1 ופרוטקציה

כמו HO-2, HO-1 מניע את התוספת התלויה ב-NADPH של מולקולת חמצן לטבעת הפורפירין של heme, ובכך מזרז את החמצון של heme ושחרור שווה-מולרי של ביליוורדין, ברזל חופשי ותחמוצת פחמן (שיתוף). כל האירועים הללו הם ציטו-פרוטקטיביים על ידי הסרת heme חופשי, ויסות זרימת ברזל והעלאת רמות הבילירובין וה-CO. אכן, ההשפעות המזיקות של heme חופשי מתוארות היטב, במיוחד באתר כלי הדם באמצעות רעילות ישירה, אך גם באמצעות גירוי של מסלולי איתות פרו-דלקתיים (כגון DAMPs) והפעלת מערכת המשלים [28]. בדומה לתאי אנדותל, תופעות שליליות כאלה מדווחות עם סוגי תאים אחרים כאשר הם נחשפים באופן מסיבי ל-heme. זה המקרה של סיבי שריר שלד אנושיים, שבהם חשיפה ל-heme גורמת לתפקוד לקוי של התכווצות [29], ותאי צינורי כליה [30]. בנוסף, ברזל רעיל במיוחד גם בריכוזים נמוכים. הוא משתתף בתגובת פנטון, מייצר הידרוקסיל, ויכול לגרום למוות תאי על ידי פרופטוזיס, מסלול מוות של תאים המאופיין בירידה תלויה בברזל ברמות הגלוטתיון (GSH) והצטברות של הידרופרוקסיד שומנים לרמות קטלניות [31]. לפיכך, דווח שההגנה הציטואלית של HO-1 נבעה, לפחות בחלקה, מזרימת ברזל מוגברת [32], שבעקבות שחרורו אוחסן בפריטין או מיוצא ממקרופאגים לפלזמה לצורך חידוש -שימוש באמצעות יצואנית הברזל הטרנסממברנית ferroportin. CO נוגד כיווץ כלי דם ויש לו תכונות נוגדות חמצון חזקות, כמו גם ביליוורדין, המומר אנזימטית לבילירובין באמצעות ביליוורדין רדוקטאז [33].

בהעברה של תכונות אלו לרמת הכליות, קל להבין את העניין המחקרי בריתום מולקולה זו על מנת לטפלכִּליָהמַחֲלָה. ההשפעות החיוביות מתוארות במשך כמעט 30 שנה, בעקבות עבודתם של Nath וחב', שדיווחו כי HO-1 העניק הגנה במודל חולדה של אי ספיקת כליות חריפה המושרה על ידי גליצרול. במודל שלהם, הזרקה אחת קודמת של המוגלובין גרמה במהירות ל-HO-1 שליח RNA וחלבון בתוך הכליה, מה שמנע התקדמות לאי ספיקת כליות [34]. ההשפעות המגוונות על הכליות של HO-1 ושל המטבוליטים שלו דווחו מאז במודלים שונים של מחלת כליות [8,35]. החשיבות הפוטנציאלית של HO-1 בפתוגנזה של מחלות כליה מוצעת גם על ידי הקשר בין פולימורפיזמים בגן HO-1 לבין התוצאה הכלייתית. לאנשים עם חזרות קצרות יותר (GT)n באזור המקדם HO-1 יש פעילות תעתיק גבוהה יותר ולכן רמות HO-1 גבוהות יותר מאשר אנשים עם חזרות ארוכות יותר (GT)n [36]. מעניין לציין שחזרות ארוכות (GT)n נקשרו לפרוגנוזה גרועה יותר במספר הקשרים, כלומר, סיכון גבוה יותר ל-AKI לאחר ניתוח לב או ירידה בתפקוד הכליות לאחר השתלת כליה [37,38]. עם זאת, אין עדות להשפעה מגנה של קצר חוזר (GT)n עבור הישרדות השתל או מקבל לאחר השתלת כליה [39], מה שמדגיש את המורכבות של המנגנונים המעורבים. גם רמות הביטוי HO-1 עשויות להשתנות עם הגיל. הביטוי הכלייתי של הגן HO-1 בעכברי ביקורת C57Bl6 ירד באופן משמעותי בגיל 18 בהשוואה לגיל 3 חודשים [40]. במחקר אחר, ביטוי חלבון HO-1 לא היה שונה באופן מובהק בקו הבסיס בין עכברים בני 6-8- שבועות ועכברים בני 1-, אלא היכולת של החיות המבוגרות יותר להגביר את ה-HO -1 בתגובה לפציעות איסכמיה-פרפוזיה (IRI) נפגעה (במיוחד במדולה), והן הראו תפקוד כליות גרוע יותר בהשוואה לבעלי חיים צעירים [41]. תוצאות אלו מהדהדות את הרגישות הכלייתית של בני אדם קשישים לגורמים נפרוטוקסיים.

לסיכום, האינדוקציה המונעת או הגנטית של ביטוי HO-1 הוכחה במחקרים רבים כמעניקה הגנה כלייתית. ירידה בביטוי HO-1 כלייתי עשויה לתרום לכליותרגישות לפתולוגיות מסוימות.

3. HO-1 באוכלוסיות תאי כליה

ניתוחים השוואתיים גילו ש-HO-1 אינו מתבטא באותה מידה באוכלוסיות התאים הנבדלות שלכִּליָהעבור גירוי נתון (איור 1). במהלך המוליזה תוך-וסקולרית או בנוכחות HO -1-מעורר גירויי סטרס או תרופות במחזור הדם, תאי האנדותל הם התאים הראשונים שיאתגרו על ידי גורמי לחץ מערכתיים אלו. אם גורם הלחץ מסונן בגלומרולי, אז הפודוציטים נחשפים ועלולים להינזק, כפי שניתן לראות בנפרופתיה סוכרתית. יתר על כן, גורם הלחץ עלול להיתקל בתאים מנזגיאליים בעלי תפקיד הפרשה ואימונומודולטורי ולהתרבות במהלך מחסור ב-HO-1. לבסוף, גורם הלחץ עלול להגיע לאפיתל הצינורי שהוא סוג התא הנחקר ביותר ביחס ל-HO-1 (יש להתייחס לצינוריות הפרוקסימלית והדיסטלית בנפרד ביחס לאפיתל). לתאי אפיתל צינוריים יש את היכולת החזקה ביותר לבטא יתר HO-1 וסובלים מהפציעה הקשה ביותר במקרה של מחסור בו או במהלך המוליזה תוך-וסקולרית ורבדומיוליזה. סעיף זה מתאר את תפקידי המפתח של סוגי תאי הכליה העיקריים ואת התפקיד הספציפי של HO-1 בתוכם.

3.1. תאי אנדותל

האנדותל מורכב משכבה מונו-שכבה של תאי אנדותל (EC) הממלאים תפקידים קריטיים בכלי הדם. הם מכסים את פנים כלי הדם ומבצעים פונקציות מחסום, אך הם גם משמשים כממשק חילופי עם רקמות סמוכות, חיישן למתח רקמות ולחץ תוך-וסקולרי וכמקור למתווכים הגנה [42]. ככזה, EC הם הקו הראשון של תאים לפגוש גורמי לחץ במחזור הדם וביטוי HO-1 חיוני להישרדותם, כאשר חולים חסרי HO-1- ומודלים של עכברים מציגים נזק אנדותל נרחב [19,43]. ההשפעות הפרו-הישרדותיות של HO-1 ב-EC מתרחשות בכל איבר וקיים אוסף גדול של עבודה לגבי השראתו על ידי מולקולות שונות [44,45]. על פי הלוקליזציה שלו (באיברים שונים, בכלי דם או בנימים), מבנה ה-EC, ההתמחות והתפקודים משתנים. לפיכך, ל-EC ממיטות כלי דם שונות יש פרופילי ביטוי דינמיים (הן במרחב והן בזמני) וזה עשוי להסביר את המעורבות הסלקטיבית שלהם בתהליכי מחלה שונים [42].

בתוך הכִּליָה, ניתן להבחין בין שלושה סוגים עיקריים של האנדותל: גלומרולרי, נימי פריטובולרי ואנדותל כלי בינוני/גדול [46], כל אחד עם רמות שונות של ביטוי או תפקוד HO-1. ה-Glomerular EC "מחוץ" ומכוסה על ידי גליקוקליקס [47] האחראי על הגבלת מעבר מקרומולקולות לחדר השתן [48]. למרות ה-glycocalyx, מולקולות הידרופוביות קטנות (למשל, heme) יכולות להיכנס לממברנות התא ולהפעיל מסלולים פרו-דלקתיים ופרוטרומבוטיים, כולל איתות TLR-4, ובכך לקדם היצמדות תאי דם וחסימת כלי דם (Schaer et al., 2013). ה-EC של נימים פריטובולריים גם הוא מחודר ומונח על סטרומה דקה. הם מעבירים רכיבים שנספגים מחדש, מקיימים את תפקוד תאי האפיתל הצינורי [46]. לבסוף, האנדותליה של כלי דם בינוניים וגדולים רציפה, עם EC מחובר זה לזה. המגוון המבני והתפקודי של EC בכליה כפונקציה של הלוקליזציה שלהם הופך אותם לרגישים באופן דיפרנציאלי לגורמי לחץ ספציפיים, כגון מולקולות מסוננות רעילות או פרו-דלקתיות עבור EC גלומרולרי, היפוקסיה לנימים פריטובולריים, או שינויים בלחץ התגובה הספציפי, בהתאמה. לתקיפות כאלה [46].

הגורמים העיקריים המשפיעים על ביטוי HO-1 ב-EC הם היפוקסיה, מתח גזירה, נוכחות של heme וגורמי לחץ אחרים במחזור הדם (אמוניה [49], S-adenosyl methionine [50] וכו'), חומרים במחזור (סטטינים [51], רזברטרול [52] וכו') או סמים. לחץ חלקי החמצן יורד לאורך הנימים הפריטבולריים, בעיקר בתנאי לחץ עם צריכה מוגזמת של O2. באופן מעניין, דווח כי ביטוי HO-1 יורד עם היפוקסיה בעוד שביטוי HO-2 נשמר ב-EC (HUVEC) [53]. עם זאת, ביטוי HO-1 ניתן להשראת ב-EC של נימים פריטובולריים מיקרו-וסקולריים בתנאים שונים שעלולים לעורר היפוקסיה (המה, אנגיוטנסין II וכו'). מתח גזירה פיזיולוגי הוא גורם מכריע להישרדות EC, כפי שמוצג in vivo בפלאקים טרשת עורקים של הצוואר [54] וקרוטידים של ארנבים עם זרימת דם מופחתת [55]: הוא גם גורם לביטוי של גורמים אנטי דלקתיים (in vitro ב-HUVEC ו in vivo באבי העורקים של ארנב [56]) ומרחיבים כלי דם (in vitro ו-in vivo בעכברים [57]). מעניין לציין שביטוי HO-1 מושרה על ידי מתח גזירה, במבחנה ב-EC של בני אדם מאקרווסקולרי (אבי העורקים) ומיקרו-וסקולרי (HMEC) [58], וביטוי זה דווח בחולדות כקשור ישירות לרמת מתח הגזירה : ביטוי גבוה יותר ברמות זרימה גבוהות (בעורקים), אך מחייב גורמים אחרים כדי ש-HO-1 יבוא לידי ביטוי ברמות זרימה נמוכות (במיקרו-כלים) [59]. תופעה זו דווחה עד כה רק בכלי מעיים. עם זאת, אם תוצאות אלו מאומתות באיברים אחרים, זה עשוי להסביר ירידה בהשראת HO-1 בנימים כגון EC גלומרולרי תחת לחץ [27]. EC חשוף מאוד למוצרים שמקורם בהמוליזה ציטוטוקסית ותגובות אנדותל לעלבונות אלה משקפים את ההטרוגניות של EC. EC מיקרו-וסקולרי, ובמיוחד EC גלומרולרי, נוטים פחות להסדיר את HO-1 בהשוואה ל-EC מקרווסקולרי, הן במבחנה והן במודל המוליזה של עכבר [27]. זה הופך אותם לרגישים במיוחד לפציעה באמצעות הבדלים בוויסות המשלים שלהם C3 ופירוק heme בהשוואה ל-EC מקרווסקולרי [27]. מעט ידוע על יכולת אינדוקציה HO-1 של ה-EC של הנימים הפריטבולריים.

EC מקרו-וסקולרי כלייתי עדיין נחקר בצורה גרועה ביחס לביטוי ותפקוד HO-1. המודל הנפוץ ביותר במחקר של EC מקרווסקולרי הוא וריד הטבור האנושי (HUVEC). חשיפה ל-heme ב-HUVEC אחראית להעברת אותות מהירה, ניוד של גופי האנדותל של Weibel Palade והפעלת NF-kB, ובכך מקנה להם פנוטיפ פרו-דלקתי ופרו-טרומבוטי [60-62]. עם זאת, חשיפה ארוכה יותר מאפשרת להם לפתח מנגנוני הסתגלות ולהיות עמידים מאוד בפני פציעות מתווכות במתח חמצוני ותוצרי חמצון שומנים. אלה כוללים אינדוקציה של פריטין ו-HO-1 [63], אם כי אינדוקציה של HO-1 ב-Glomerular EC in vitro ובמודלים של המוליזה של עכברים חלשה הרבה יותר [27,64]. אינדוקציה של HO-1 ב-EC מקרו-וסקולרי מווסת במיוחד את הפעלת המשלים [27,65], ביטוי תרומבמודולין בתנאי המוליזה [27] ובהקשר של ספיגהכִּליָהפגיעה [66], וביטוי של מולקולות הידבקות הקשורות להפעלת EC [67].

יחד, נתונים אלה מצביעים על כך שהכִּליָההאנדותל מושפע מאוד מרעלנים וגורמי לחץ כתוצאה מתפקוד הסינון שלו. נראה כי גורמי לחץ כאלה מפעילים מנגנוני הסתגלות חזקים ב-EC מקרווסקולרי המאפשרים להם להתנגד לעלבונות עד לרמה מסוימת, בעיקר על ידי וויסות העל של HO-1 והגנים הקשורים אליו. למרות שקיים חוסר בולט בנתונים בספרות, מחקרים זמינים מצביעים על כך שבניגוד ל-EC מקרווסקולרי, העלאת הוויסות של HO-1 זה פחות בולט באנדותל המיקרו-וסקולרי הגלומרולרי, מה שהופך אותו לרגיש במיוחד ללחץ סביבתי.

3.2. פודוציטים

פודוציטים הם תאים מיוחדים במיוחד השומרים על מחסום הסינון הגלומרולרי באמצעות סינתזה של רכיבי קרום הבסיס הגלומרולרי (GBM) ויצירת דיאפרגמת החריץ על ידי הצמדת תהליכי כף הרגל שלהם לתאי האנדותל הגלומרולרי [68] (איור 1). הלוקליזציה האסטרטגית שלהם, המאפשרת את פעולת הסינון שלהם, הופכת אותם לרגישים במיוחד ללחץ מכני, חמצוני ואימונולוגי. לפודוציטים יש תגובות אדפטיביות ייחודיות, כולל וויסות-על של וימנטין ודסמין [69], או חלבונים נוגדי חמצון כגון Sirtuin1 ו-metallothionein. Sirtuin מגביר את Nrf2, ובכך משפר את ביטוי HO-1. [70,71] באופן מעניין, ביטוי sirtuin-1 (יחד עם Nrf2 ו-HO-1) דווח כמוגבר על ידי חשיפה למוצרי קצה של גליקציה מתקדמים [71], ו-HO{{14} הוכח כי } מוגברת באופן ספציפי בפודוציטים בחולי סוכרת [72]. למרות שפחות נחקר, הביטוי של HO-1 תואר גם בתנאים המוליטיים [27,73], כאשר heme משרה ביטוי HO-1 באופן תלוי Nrf2- בפודוציטים. מעניין שעכברים חסרי Nrf פיתחו באופן ספונטני פרוטאינוריה עם מחיקת תהליך כף הרגל הפחיתה את הביטוי של סינפטופודין ונפרין, ואפופטוזיס פודוציטים [73].

למרות שהספרות על HO-1 בפודוציטים אינה בשפע, העדויות הקיימות מצביעות על תפקיד פיזיולוגי מגן על ציר Nrf2/HO-1 על ידי שמירה על pedicels ועיכוב המוות והניתוק של פודוציטים. בהקשרים פתולוגיים, HO-1 מתבטא יתר על המידה כמנגנון הגנה אך יכול להיות גם תוצר לוואי של מנגנוני התנגדות מותשים הנובעים מלחץ מוחץ, שבהקשר זה אינו מספיק כדי למנוע פגיעה בפודוציטים.

3.3. תאים מזנגיאליים

תאים מזנגיאליים, יחד עם המטריצה ​​המזנגיאלית שהם מייצרים, יוצרים את המזנגיום, רקמת תמיכה לגלומרולוס פלוקולוס. בין תאי המזנגיה נמצאים תאי חיסון, דמויי מונוציטים/מקרופאגים (5 עד 15 אחוזים), ותאים מתכווצים, הדומים לתאי שריר חלק (85 עד 95 אחוזים) ומספקים תמיכה מבנית והתכווצות [74,75]. Heme מקדם שגשוג של תאי שריר חלק [76] והקולטן שלו TLR4 מתבטא על תאים מזנגיאליים [77], אך התפקיד של HO-1 בתאים אלה נחקר בצורה גרועה. הוכח כי תחמוצת החנקן (NO) מעוררת HO-1 בתאים מנזגיאליים [78], לחולים עם מחסור ב-HO-1-יש שגשוג מנזגי מתון [17,18,43] ו-HO{{17} הוכח כי } מווסת את התפשטות תאים מנזגיאליים באמצעות וויסות עלייה של p21 [79]. נדרשת עבודה נוספת כדי לקבוע אם גוף הידע הגדול שנצבר עבור מקרופאגים ישים עבור תאים מנזגיאליים דמויי מקרופאגים.

3.4. תאים צינוריים

אם ביטוי HO-1 תואר בצינוריות לפני זמן מה, רק לאחרונה תואר הרגולציה שלו כספציפית לקטע; HO-1 גם ממלא תפקידים ברורים במקטעים שונים של הצינורית על מנת לשמור על תפקוד הכליות [80].

3.4.1. צינור פרוקסימלי

הצינוריות הפרוקסימליות הן התאים ב-כִּליָההמציגים את הקיבולת הגבוהה ביותר לביטוי יתר של HO-1. אכן, תאי אפיתל צינוריים פרוקסימליים הוכחו כרגישים במיוחד ללחץ חמצוני במבחנה [81]. הם מסתמכים מאוד על HO-1 להגנה מפני, והסתגלות לגורמי לחץ, כפי שמעידה העובדה שפציעה צינורית היא התכונה הפתולוגית הקרדינלית בחסר HO-1 אנושי [82]. התפקיד העיקרי של הצינורית הפרוקסימלית הכלייתית הוא ספיגת מים, יונים, חומצות אמינו וחלבונים מסוננים. בהיעדר נזק גלומרולרי, חלבונים מסוננים הם לרוב בגודל מתחת ל-68kDa. הפנמה של חלבונים, כולל חלבונים הקשורים להם כגון מיוגלובין או המוגלובין, אך גם המופקסין, מתרחשת באמצעות קולטני מגלין וטובולין [83]. פונקציית ספיגה חוזרת זו דורשת כמות גדולה של אנרגיה (ATP) המסופקת על ידי חמצון בטא המיטוכונדריאלי [84]. עם זאת, דלדול חמור של ATP גורם לפגיעה במיטוכונדריה, הגורם לדלדול נוסף של מאגרי האנרגיה ולהיווצרות מיני חמצן תגובתיים [85]. הדרישה המטבולית הגבוהה הזו מייצרת מצב של היפוקסיה יחסית במדולה של הכליה, והצינוריות הפרוקסימליות רגישות במיוחד לאיסכמיה/פרפוזיה חוזרת ועודף heme [86,87]. הרגישות ל-heme מוסברת גם על ידי הביטוי המכונן של TLR4 (קולטן heme) על ידי הצינוריות הפרוקסימליות [61], וביטוי TLR4 מוגבר בפגיעות איסכמיה-רפרפוזיה כלייתית ופציעות ספיגה [77].

בעוד ש-HO-1 מתבטא בצורה חלשה בלבד ב-כִּליָהבתנאים נורמליים, ניתן לשררה מאוד באבובות פרוקסימליות תחת צורות שונות של מתח [88], פרוטאינוריה ביניהן [80]. יחסי הגומלין בין הספיגה של חלבונים המכילים heme, לחץ אוסמוטי המניע את זרימת heme, ביטוי TLR4 וסינתזה מוגברת של heme באבובות פרוקסימליות עשויות להסביר יחדיו את הוויסות הספציפיים והחזקים של HO-1. הוצע שביטוי HO-1 בתאי אפיתל צינורי תלוי יותר בחשיפה בזולטרלית להמה (מהנימים הפריטבולריים בתנאים המוליטיים) מאשר בתוכן heme intraluminal. עם זאת, בתנאים של היפוקסיה ושל הקוטביות המשתנה של EC הכלייתי, דווח כי העלאת ויסות HO-1 תלויה יותר בחשיפה אפיקלית להם [89]. בתאי אפיתל צינוריים, וויסות HO-1 על ידי heme תלוי בייצוב Nrf2 [90]. ל-HO-1 יש תפקיד כפול ב-EC tubular, בהיותו בו זמנית נוגד חמצון ומווסת מוות של תאים. ואכן, HO-1 אחראי לוויסות העל של p21, מעכב קינאז תלוי ציקלין שאחראי לעצירת התקדמות מחזור התא, מה שמפחית את האפופטוזיס ב-EC tubular [91,92]. יתר על כן, ביטוי HO-1 מקטין פרופטוזיס בתאים צינוריים פרוקסימליים, מוות תאי מווסת לא אפופטוטי הקשור להצטברות של מיני חמצן תגובתיים (ROS) שמקורם בפרוקסידציה של שומנים [93]. לבסוף, הוכח כי HO-1 מעכב אוטופגיה בתאים צינוריים פרוקסימליים [94].

בסך הכל, תאים צינוריים פרוקסימליים נחשפים בצורה מאסיבית למחוללי HO-1 בהקשרים פתולוגיים (סינון של המוגלובין, מיוגלובין, קומפלקסים של המופקסין-המה; איסכמיה, סינון של מוצרים רעילים או תרופות וכו') ומסתמכים על HO{{2 }} להגנתם, אבל HO-1 הוא גם סמן של מתח צינורי ופציעה כאשר יכולת ההסתגלות שלהם מוצפת.

3.4.2. צינורית דיסטלית

EC tubular distal לאורך המדולה, בעיקר באיבר העבה והעולה של הלולאה של Henle (mTAL) והצינורית המפותלת הדיסטלית (DCT), מעורבים בריכוז ובדילול השתן ובשמירה על רמות המלח והמומסים ההומיאוסטטיים על ידי מבטאים ערוצים שונים הספציפיים ללוקליזציה ולתת-סוג התא שלהם. במהלך ספיגה חוזרת של מים, ריכוז הרעלים (במיוחד heme) הופך גבוה בהרבה במקטעי הנפרון הדיסטליים. בגלל הלחץ החלקי הנמוך של החמצן לאורך הנימים הפריטבולריים, EC צינורי דיסטלי אלו פגיעים במיוחד להיפוקסיה ומסתמכים יותר על ייצור ATP אנאירובי וגליקוליטי מאשר תאים פרוקסימליים. לצינוריות דיסטליות יש יכולת גבוהה יותר לשרוד ולהסתגל ללחץ היפוקסי [95], בהיותן רגישות פחות למוות תאי, במיוחד לאחר פציעה איסכמית [96].

צינוריות דיסטליות, כמו צינוריות פרוקסימליות, מבטאות רק בצורה חלשה HO-1 ברמה הבסיסית; עם זאת, עם גירוי, השראתו על ידי heme הועמדה בספק [88]. (מעניין, HO-2 עשוי להיות משופר על ידי heme באבובות דיסטליות [97].) עם זאת, תפקידו של HO- 1 באבובות דיסטליות נותר להבהיר במלואו מכיוון שהביטוי שלו נקשר גם לשיפור תפקוד כליות לאחר איסכמיה/פרפוזיה חוזרת בהשתלת תורם גווי [98], כמו גם ב-CKD [99]. זה עשוי להיות קשור לתפקוד ההתחדשות של תאי אפיתל צינוריים דיסטליים, אך נדרשים מחקרים נוספים כדי לתאר טוב יותר את הקשר בין HO-1 לתפקוד תאי אפיתל צינורי דיסטלי.

לסיכום, בעוד שחסרים נתונים לגבי צינוריות דיסטליות, ראיות מסוימות מצביעות על כך שביטוי HO-1 משופר יכול להעניק הגנה ל-EC של צינוריות דיסטליות.